Bellman-ford 算法详解
昨天说的dijkstra固然很好用,但是却解决不了负权边,想要解决这个问题,就要用到Bellman-ford.
我个人认为Bellman-Ford比dijkstra要好理解一些,还是先上数据(有向图):
7 -6
5 4 -3 -
-3
在讲述开,先设几个数组:
origin[i]表示编号为i这条边的起点编号,如origin[4]=2
destination[i]表示编号为i这条边的终点编号,如origin[5]=5
value[i]表示编号为i这条边的权值,如value[3]=-6
dis[i],和昨天一样,源点到i号点的估计距离,经过不断更新会变成时机距离,就是答案。
bellmanford的实际意义就是扫描一条边,看如果走这条边能不能使这条边的dis[destination[i]],变少,现在我来模拟一下:
初始的dis:[0,∞,∞,∞,∞]
首先从第一条边1 2 8开始,判断走这条边能不能使这条边的终点的dis变短,原本dis[2]=∞,而dis[1]=0,而这条边的权值:value[1]=8,0+8<∞所以将dis[2]更新成8.
dis[0,8,∞,∞,∞]
然后是第二条边,用刚才的方法将dis[3]从∞更新成5.
dis[0,8,5,∞,∞]
第三条2 3 -8,原本的dis[3]=5,如果走第三条边,则dis[3]=dis[2]+value[3]=8+(-6)=2<5,所以dis[3]更新成2.
dis[0,8,2,∞,∞]
以此类推,经过第一轮更新,dis数组如下:
dis[0,8,2,15,0]
但是第一次更新后,并不是最优解于是开始第二次更新。
按照第一次更新的步骤一步一步来得到的答案是
dis[0,8,2,-3,0]
这便是最优解,但是问题来了,一般要更新多少次呢?
n-1次。这样能保证更新出的一定是最优解。
好了,呈上代码:
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int dis[];
int origin[],destination[],value[];//刚刚说过的三个数组
int n,m;
void Bellman_ford(int a)
{
memset(dis,,sizeof(dis));//赋初始值
dis[a]=;
for(int i=;i<=n-;i++)//更新n-1次
for(int j=;j<=m;j++)//更新每一条边
dis[destination[j]]=min(dis[destination[j]],dis[origin[j]]+value[j]);//判断是否更新
}
int main()
{
cin>>n>>m;
for(int i=;i<=m;i++)
cin>>origin[i]>>destination[i]>>value[i];
Bellman_ford();
for(int i=;i<=n;i++)
cout<<dis[i]<<" ";
}
有些人可能发现了,很多时候实际上不用更新n-1次,因此我们可以用队列优化:
每次选出队首点,对与队首点链接的所有点的dis进行更新,并加入队列,然后队首点pop出队列,
这个算法最好用邻接表实现,代码如下:
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <queue>
using namespace std;
int dis[];
int book[];
int origin[],destination[],value[];
int n,m;
int total;
int next[],head[];
void adl(int a,int b,int c)//邻接表
{
total++;
origin[total]=a;
destination[total]=b;
value[total]=c;
next[total]=head[a];
head[a]=total;
}
void Bellman_ford(int a)
{
memset(book,,sizeof(book));//book[i]表示i号点是否在队列里
memset(dis,,sizeof(dis));
queue <int> q;
q.push(a);
book[a]=;
dis[a]=;
while(!q.empty())//当队列不为空时更新
{
for(int e=head[q.front()];e;e=next[e])//枚举队首点相邻的每一个点
{
if(dis[destination[e]]>dis[origin[e]]+value[e])
{
dis[destination[e]]=dis[origin[e]]+value[e];
if(book[destination[e]]==)
{
q.push(destination[e]);//将更新的这一个点入队
book[destination[e]]=;
}
}
}
q.pop();//弹出队首元素
}
}
int main()
{
cin>>n>>m;
for(int i=;i<=m;i++)
{
int a,b,c;
cin>>a>>b>>c;
adl(a,b,c);
}
Bellman_ford();
for(int i=;i<=n;i++)
cout<<dis[i]<<" ";
}
总结一下,bellman_ford的空间复杂度是m时间复杂度是O(nm),经过队列优化,时间复杂度是<=O(nm)。
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